系统架构师-数据库设计

三级模式两级映像

• 外模式：你看到的（视图、权限）

• 概念模式：所有人共享的“数据库说明书”（表结构）

• 内模式：机器怎么存的（文件、索引、页）

• 映像机制：DBMS 内部的“自动翻译器”，让三层能各自变化而不互相影响

  • -外模式 / 概念模式 映像

  • 概念模式 / 内模式 映像

映像

映像机制的本质，就是“中间层解耦” —— 和软件工程里的“接口”思想一模一样！我们可以把“映像机制”看作数据库内部的多层接口或转换引擎，但它比“一层接口”更复杂、更动态。下面用贴近现实 DBMS（如 MySQL/PostgreSQL）实现的方式来澄清：SQL 查询 → 访问物理数据 → 通过某种“映像层”转换 → 返回用户可见的外模式结果。 这确实是 DBMS 的工作流程。但严格来说，映像机制不是“一层静态接口”，而是一组由系统维护的元数据 + 查询执行时的动态重写/投影逻辑。

简单但不严谨的理解： 映像就是一种mapping机制，在各层之间充当“翻译器”，在各个层之间做转换桥梁

数据模型的三大层次（对应数据库三级模式）

主流数据模型类型（按技术范式分类）

数据库设计六大步骤

E-R图

• 工具：E-R 图（Entity-Relationship Diagram）

• 关键元素：

  • 实体（矩形）：如 Student, Course

  • 属性（椭圆）：如 StudentID, Grade

  • 联系（菱形）：如 Enroll(学生, 课程)，标注基数（1:N, M:N）

三大范式

数据库的三大范式（Three Normal Forms） 是关系型数据库设计中用于消除数据冗余、避免更新异常、保证数据一致性的核心规范化理论。它们由 Edgar F. Codd 在 1970 年代提出，是逻辑结构设计阶段的重要指导原则。

• 第一范式：表的每一列都是不可再分的原子值（Atomic Value），即没有重复组或多值字段。

• 第二范式：在满足第一范式的前提下： 表中所有非主键字段必须完全依赖于整个主键（不能只依赖主键的一部分）。

• 第三范式：在满足第二范式的前提下：表中所有非主键字段不能传递依赖于主键（即不能 A → B → C，其中 A 是主键）换句话说：非主键字段之间不能有依赖关系。

总结：

外模式：你看到的（视图、权限）

概念模式：所有人共享的“数据库说明书”（表结构）

内模式：机器怎么存的（文件、索引、页）

映像机制：DBMS 内部的“自动翻译器”，让三层能各自变化而不互相影响

SQL 的角色：接口语言，不是映像本身，而是用户用来定义和操作三级模式（尤其是外模式和概念模式）的语言工具。“SQL 语句（特别是视图、权限、表定义等）是用户参与构建和使用三级模式映像机制的主要方式。”